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有载分接开关过渡电阻测试:直阻仪波形分析与异常识别

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-17 08:09:36 作者: 浏览次数:2802次 分类:技术文章

文章概述: 绕组直流电阻测的是绕组本体。切换开关停在某个位置时,过渡电阻并未接入回路,它的变值、开路与接触不良都不会在这一测量中留下痕迹。把整个变换过程压缩成一个阻值,时间轴上的信息便全丢了。 直阻仪在直流压降法的基础上连续记录切换全过程的电压与电流,逐点换算成动态电阻曲线,工程上称为 DRM。JJG 1205-2025 说明了这类仪器的原理,四端测量结构,注入直流电流,测两端电压降,由电压降与电流之比算出电阻值。把注流引线与取样引线分开,引线自身的电阻便不再进入读数。四端接线是前提。 波形能读出的东西比一个阻值多。DL/T 265-2012 附录 A 给出无异常与有异常的试验波形,其中一例 YN 接线双电阻式开关的桥接时长为 20.29 ms,三相开断不同步时间 1.18 ms。另一例 D 接线双电阻 V 型开关的桥接时长为 8.25 ms,不同步时间 0.24 ms。实际作业按 0.1 ms 采样,8.25 ms 的窗口里约有 82 个点,取平均后随机噪声约被压低 9 倍。 判据的适用范围要先想清楚。±10% 的过渡电阻偏差判据只针对更换过渡电阻的场景,3 ms 的三相不同步时间限值还要求测试电流无断续。现场条件不齐便无从比较。 异常波形有它自己的样子。触头氧化会让电流出现不圆滑变化,现场遇到的严重情况是断续或闪变点。变值、开路与接触不良留下的痕迹并不相同。这一点须先确认。

一、过渡电阻的状态为什么必须靠波形来判断

1、一次变换的四步动作

DL/T 265-2012《变压器有载分接开关现场试验导则》把电阻式分接开关的一次变换程序拆成四步:分接选择器动触头离开静触头,动触头合上相邻静触头,切换开关动作,一级变换完成。

这四步在电气上留下的是回路电流与电压随时间的完整变化过程。过渡电阻只在中间一个很短的时间窗口内接入回路,静态测量看不到这个窗口。

过渡电阻属于分接开关本体的组成部分。GB/T 10230.1-2019《分接开关》中针对性能要求和试验方法的分册规定了分接开关的使用条件与技术要求,选型与验收阶段看的是本体参数,运行阶段看的是它在回路中的表现,两者不在同一份文件里。

2、过渡电阻在变换过程中的作用

变换过程中相邻两个分接之间存在电位差。直接把两侧短接会产生循环电流。过渡电阻串入回路,把该电流限制在触头能够承受的水平。切换开关处于桥接状态时两侧同时接通,限流任务全部由过渡电阻承担。

阻值一旦发生变化,限流能力随之改变,触头的燃弧时长与烧蚀速率也会跟着变化。判断过渡电阻是否存在缺陷,需要知道它在被接入的那段时间里究竟呈现多少欧姆。

3、静态直流电阻测量的盲区

测量绕组直流电阻时,切换开关停在某一个确定位置,过渡电阻并未接入回路。此时得到的数值只反映绕组本体。

过渡电阻的变值、开路、接触不良,都不会在这一测量中留下痕迹,把整个变换过程压缩成一个阻值,等于丢掉了时间轴上的全部信息。

4、动态电阻测量的位置

直阻仪在直流压降法的基础上连续记录切换全过程的电压与电流,按欧姆定律逐点换算成动态电阻曲线,工程上把这一方法写作 DRM。

曲线的横轴是时间,纵轴是回路电阻。DL/T 265-2012 的试验项目表把过渡电阻值列为独立项目,并规定宜使用直流法测量。动态电阻测量正是直流法在时间轴上的展开。

二、直流动态电阻测量的原理与接线

1、四端测量结构的作用

JJG 1205-2025《直流电阻测试仪检定规程》在概述中说明,直阻仪采用四端测量结构,在被测电阻上施加直流电流,测量其两端电压降,由电压降与电流之比算出电阻值。

电流注入回路与电压取样回路彼此分开以后,注流引线自身的电阻与端子接触电阻不再进入取样回路,若把两者并在同一对端子上,端子接触电阻会被一并计入读数。

2、恒流源与感性负载的建立过程

变压器绕组属于大电感负载。直流电源加在绕组两端以后,电流按指数规律上升,上升的快慢由绕组电感与回路总电阻之比决定。

电流尚未稳定时的读数没有意义。回路总电阻越小,这一比值越大,等待时间越长,分接开关触头接触状态的变化会改变回路总电阻,从充电曲线的斜率上可以间接看出来。不能替代直接测量。

3、电流通道与电压通道的同步

动态电阻曲线上的每一个点,都由同一时刻的电压与电流相除得到,两个通道的采样时刻必须对齐,否则变换瞬间会出现虚假的电阻跳变。

切换过程中的回路电阻在数毫秒内变化数倍,通道之间哪怕只有零点几毫秒的时延,换算出的阻值偏差也会相当可观。

4、采样间隔与可分辨的时间尺度

以 0.1 ms 的采样间隔记录,每秒可得到一万个数据点,三相开断不同步时间若在毫秒量级,对应的数据点只有十来个。

判定不同步时间所需的时间分辨能力,与判定过渡电阻值所需的能力并不相同,前者要求分辨毫秒级的差异,后者要求在被接入的窗口内取得足够多的点用于平均。侧重点不同。

三、从波形换算过渡电阻的量化推演

1、直流压降法的基本关系

回路电阻等于测得的电压除以注入电流。这一关系在电流稳定时严格成立。

变换过程中电流本身也在变化。仪器若只记录电压而不记录电流,波形上的每一次电压跌落都会被误读成电阻下降。这一点决定了动态测量的通道配置。

2、窗口取平均对随机噪声的抑制

设过渡电阻被接入的时长为 T,采样间隔为 t,窗口内的数据点数为两者之比。

DL/T 265-2012 附录 A 对一例无异常波形给出的桥接时长为 8.25 ms,按 0.1 ms 采样,窗口内约有 82 个点。取平均以后,随机噪声按点数的平方根衰减,约被压低 9 倍。

这是动态测量相对单点测量的直接收益,点数越多,阻值读数越稳。

3、绕组时间常数与等待时长

绕组回路的时间常数等于电感与回路总电阻之比,以电感 2 H、回路总电阻 0.4 Ω 为例做一次演算,时间常数约为 5 s。

工程上按 5 倍时间常数判断电流是否进入稳定区,对应的等待时长约为 25 s,若回路中串入过渡电阻使总电阻升到 5 Ω,时间常数降到 0.4 s,等待时长不足 2 s。

同一台设备测绕组与测过渡电阻,两者的等待时长差异很大,这一差异来自回路电阻,不来自仪器本身。耗时不可类推。

4、时间分辨率换算到触头行程

把时间轴上的分辨率换算到触头行程上,需要知道动触头在桥接段的平均运动速度,若速度为 1 m/s,0.1 ms 对应 0.1 mm 的位移。

这一量级与触头表面烧蚀坑的深度接近,波形上的细部特征有可能对应到具体的触头位置。该对应关系需要结合开关型号的行程曲线才能确定,仅凭波形反推并不可靠。

5、三相不同步时间的判读误差

DL/T 265-2012 规定三相触头开断不同步时间不大于 3 ms,判定该值取三相波形上对应特征点的时刻之差。

特征点判定的不确定性约为一个采样间隔的量级,在 3 ms 的限值下,0.1 ms 的采样间隔对应的相对不确定度约为 3%。

附录 A 中两例无异常波形给出的不同步时间为 1.18 ms 与 0.24 ms,分别为限值的 39% 与 8%,判读余量都很充裕。读数可信。

四、无异常波形的特征

1、附录 A 给出的波形构成

DL/T 265-2012 以资料性附录的形式给出有载分接开关的试验波形。附录 A.1 收录无异常开关的波形,A.2 收录有异常的波形。

所给波形的横轴为时间,分度按 40 μs 标注,纵轴为回路电流。图 A.1 为一次绕组 YN 接线双电阻 V 型分接开关变换程序的直流试验波形。

2、桥接时长与三相开断不同步时间

附录 A 对两例交流波形给出了分析结果。一次绕组 YN 接线双电阻式 MR 型分接开关,桥接时长 20.29 ms,进入桥接后的三相开断不同步时间 1.18 ms。一次绕组 D 接线双电阻 V 型分接开关,桥接时长 8.25 ms,三相开断不同步时间 0.24 ms。

两组数据放在一起可以看出,桥接时长与不同步时间并不同步变化。前者相差约 2.5 倍,后者相差约 5 倍。

3、接线方式带来的波形差异

YN 接线与 D 接线的回路结构不同。D 接线的一相与其余两相构成回路,过渡电阻接入以后,整个回路的电流分配会发生变化。

同一台开关在不同接线方式下测得的桥接时长并不相同,比较两台开关的桥接时长,前提是接线方式一致。条件不齐则无意义。

4、零序试验中的限流表现

附录 A 对三相三柱式变压器零序试验波形的分析指出,三相三柱式变压器的零序阻抗较小,分接开关切换过程中串入绕组的过渡电阻对试验电流的限制作用比较明显,切换结束后零序电流逐步恢复稳定。

同一只过渡电阻在不同回路条件下的表现可以相差很多,判断它是否存在异常,需要先明确当前回路在多大程度上放大了它的作用。

5、一段波形可以读出的四项内容

一段完整的变换波形至少可以读出四项内容。过渡电阻接入期间的阻值水平,接入持续的时长,三相之间特征点的时刻差,以及切换结束后阻值回到绕组本体的过程是否平滑。

这四项与 DL/T 265-2012 的试验项目相互对应。阻值水平对应过渡电阻值的测量,时刻差对应三相开断不同步时间,末一项对应测试电流的连续性。

五、异常波形的识别

1、电流的不圆滑变化

附录 A 收录的一例异常波形为消弧线圈双电阻分接开关触头氧化的 600 V 交流试验波形。其分析指出,分接开关变换过程中电流出现不圆滑变化。

变化率出现突变,说明回路电阻在变化过程中出现了非预期的台阶,触头表面氧化层使接触电阻升高,在触头压力变化的瞬间形成跳变。

2、电流断续

同一例波形标注的另一特征是电流断续,回路在某一时刻完全失流,说明桥接过程中出现了两侧同时断开的窗口。

这一窗口意味着变换瞬间绕组电流被强制截断,对感性回路而言,截断会在绕组两端产生过电压。

3、测试电流闪变点

该例波形的第三项标注是测试电流闪变点,闪变与断续的区别在于失流的时长,闪变对应的中断更短,可能只有一个采样间隔。

按 0.1 ms 采样,只持续一个采样间隔的失流在波形上表现为一个偏离曲线的点,仪器若未做连续记录,这一点很容易被漏掉。

4、方法本身的可观测边界

附录 A 对上述消弧线圈双电阻分接开关的分析同时指出,其切换的桥接过程在交流试验中不能显示。

这一条提示了一个方向性结论:不同试验方法对同一台开关的可观测性并不相同。某一方法看不到的特征,不能据此断定该特征不存在。方法各有边界。

5、三类缺陷在波形上的区分

过渡电阻变值、开路、接触不良在波形上留下的痕迹并不相同。

变值使接入期间的阻值水平整体偏移,波形形状仍然完整,开路使接入期间的电流降到接近零,平台变成深坑。接触不良表现为阻值在窗口内跳动,平均值可能仍然落在允许范围以内。

判读顺序宜先看窗口的形状是否连续,再看窗口内的平均值是否落在允许范围,末了核对切换结束后阻值是否回到绕组本体。

六、测量结果的不确定度分项拆解

1、示值误差的两项构成

JJG 1205-2025 对直阻仪的示值误差以两项相加的形式给出:与电阻示值有关的系数乘以示值,加上与满量程值有关的系数乘以满量程。

规程同时规定,两项系数之比不小于 5,且两项之和不超过对应准确度等级的数值,0.1 级的限值为 0.1%,0.2 级为 0.2%,0.5 级为 0.5%。

2、量程选择对误差允许上限的影响

以与示值有关的系数取 0.05%、与满量程有关的系数取 0.01% 的 0.1 级仪器为例做一次演算。

测量 100 mΩ 的过渡电阻,选用 200 mΩ 量程时,误差允许上限为 0.05% 乘 100 mΩ 与 0.01% 乘 200 mΩ 之和,即 0.07 mΩ,约合读数的 0.07%。

同一个读数若放在 2 Ω 量程上,第二项变成 0.01% 乘 2000 mΩ,即 0.2 mΩ,误差允许上限升至 0.25 mΩ。量程放大 10 倍,允许上限约增至原来的 3.6 倍。

在读数不变的前提下,量程选择对结果的影响大于仪器等级本身。

3、稳定性限值的换算

规程规定,5 min 内电阻示值的变化量上限不大于其误差允许上限的五分之一。

沿用上面的算例,允许变化量为 0.07 mΩ 的五分之一,即 0.014 mΩ。相对于 100 mΩ 的读数,这一限值约为 0.014%。

稳定性反映的是仪器在读数窗口内的漂移,动态电阻曲线的平台段能否取平均,取决于这一项。

4、温度漂移在判据中的份额

铜导体的电阻温度系数约为每摄氏度 0.4%,油温在测量期间变化 1 ℃,绕组电阻随之变化约 0.4%。

DL/T 265-2012 对触头接触电阻的测量要求试验全过程阻值稳定,任意时刻的阻值与初始值之比偏差不大于 1%。这一限值折算到温度上,相当于允许油温变化约 2.5 ℃。

若现场油温在测量期间变化超过这一幅度,阻值的变化将同时包含缺陷与温度两项贡献。两者无法分离。

5、引线接触电阻的残余影响

四端测量结构把电流引线的电阻排除在取样回路之外,残余的误差来源是电压取样引线与端子的接触电阻,其量级通常在微欧。

相对于欧姆量级的绕组电阻,这一项可以忽略。相对于同一量级的过渡电阻,则需要用同一对钳口重复测量以确认。

引线在测量中受到拉拽或温度变化时,接触状态会改变,读数随之漂移。工况记录中应写明引线的布置方式。

6、分项的改进优先级

按对结论的影响排序,量程选择排在首位,因为它同时影响误差允许上限的两项。紧随其后的是油温稳定性,它决定阻值变化的归属。

采样间隔与特征点判定方法排在第三位,它影响的是时间类判据,引线接触电阻排在末位,在四端接线正常时影响可以忽略。

这一排序的前提是被测阻值处于毫欧到欧姆量级,被测对象换成高阻值绕组时,各项权重会重新分配。排序不可照搬。

七、判据的适用前提与比较边界

1、过渡电阻偏差判据的适用场景

DL/T 265-2012 规定,电阻式分接开关更换过渡电阻时,使用电桥法测量更换的过渡电阻连同连线与接线端子的电阻值。如无铭牌过渡电阻值,可与其他相过渡电阻的阻值比较,偏差不大于 ±10%。

这条判据的适用场景是更换过渡电阻,并非每次例行试验都适用,比较对象是铭牌值或其余相的实测值。两者不可混用。

判据所针对的测量对象包含连线与接线端子,把仪器夹在过渡电阻本体两端测得的数值会偏小,与判据比较时不能直接代入。

2、三相不同步时间判据的配套要求

DL/T 265-2012 的试验项目表把三相触头开断不同步时间不大于 3 ms 列为标准,并规定该项试验在交接时、分接开关大修时、随同变压器检修试验周期进行。

同一条目下的另两项要求是与制造企业的技术要求相符、测试电流无断续,三项同时满足才算合格。

分接开关的试验周期挂在两道时间节点上。交接阶段依据 GB 50150-2016《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》,运行阶段依据 DL/T 596-2021《电力设备预防性试验规程》。两者的适用时段不同,试验项目也不完全重叠。

制造企业对分接开关现场试验另有技术要求时,执行制造企业的要求。判据的优先次序并不固定。DL/T 574-2021《电力变压器分接开关运行维修导则》管的是检修环节的工作项目与工艺要求,现场试验的具体方法仍以 DL/T 265-2012 为准。

3、交直流两类方法的分工

DL/T 265-2012 的试验项目表中,过渡电阻值的测量宜使用直流法,触头变换程序、电流连续性、三相开断不同步时间的测量宜使用交流法。

这一分工的依据是两类方法的可观测性差异,交流法在变换过程中提供连续的通流路径,桥接状态与断流窗口都能在波形上显示。直流法以稳定的注入电流为参照,电阻的具体数值更容易换算。

两类方法给出的信息并不重叠。用交流波形去判断过渡电阻的阻值,缺少换算所需的同时刻电流参照,用直流曲线去判断三相不同步时间,需要先确认曲线上存在可以对应的特征点。

4、不可直接横向比较的情形

同一台开关在不同接线方式下测得的桥接时长不同,附录 A 的两组数据已经说明了这一点,不同型号开关的触头行程与运动速度不同,桥接时长本身并非可比参数。

进行比较的前提包括接线方式一致、油温接近、采样间隔一致、特征点的判读定义一致。条件不齐时,两组数据的差值既包含开关状态的差异,也包含测量条件的差异。差值无从归属。

5、限值之内仍需回答的问题

标准给出的是限值,不是诊断结论。三相不同步时间从 0.5 ms 增大到 2.5 ms,仍在限值以内,但变化趋势本身值得关注。

判断趋势需要历史数据,同一测点在不同检修周期的曲线叠放在一起,才能看出限值之内的漂移。这一环节没有标准可依,只能依靠试验台账。台账不可缺。

八、仪器配置与现场实施的要点

1、量程与电流输出能力

过渡电阻的阻值通常在欧姆量级,大容量变压器绕组直流电阻通常在毫欧到欧姆量级,两者相差不算大,仪器的量程需要同时覆盖这两类测量。

DL/T 265-2012 对触头接触电阻的测量规定使用直流压降法,测试电流不小于 100 A,连续通电测试 60 s。这一电流水平远高于过渡电阻测量的需要,两类测量不宜用同一档位完成。

2、通道配置与温度记录

动态电阻测量对采样间隔的要求,由需要分辨的时间尺度决定。要分辨 0.1 ms 量级的中断,采样间隔不能大于该量级的一半。

多通道同时接入可以让三相波形建立在同一时间基准上,分开测量再对齐,会引入通道之外的时延。

温度记录的用途是把绕组电阻换算到同一温度下比较。没有温度记录,不同时间测得的阻值缺少可比性。记录不可省。

3、退磁与放电

绕组在直流测量后残留磁通。残留磁通会使下一次测量的充电过程变慢,也会在变压器重新投运时引起励磁涌流。

直阻仪应具有消弧功能,这是 JJG 1205-2025 在通用技术要求中列明的项目。仪器在测量结束后执行自动退磁与自动放电。退磁过程本身会在绕组中产生变化的电流,若在退磁未结束时拆除引线,可能产生危险电压。

现场作业的顺序宜先确认退磁与放电的提示结束后,再拆除引线。

4、北京康高特(KGT)代理的 DV POWER 直阻仪

北京康高特(KGT)代理的瑞典 DV POWER 直阻仪中,RMO40TT 线组测试仪把绕组电阻测量与有载分接开关动态电阻分析集成在同一台设备内。

按官方产品页列出的规格,其测试电流覆盖 5 mA 至 40 A 直流,测量范围 0.1 μΩ 至 100 kΩ,在 0.1 μΩ 至 1.999 kΩ 区间的典型精度为读数的 0.1% 加满量程的 0.1%。有载分接开关 DVtest(DRM)的采样间隔为 0.1 ms。

该型号另设振动测量通道,可接 ICP 加速度计,并配有温度测量通道。防护等级在盖子闭合时为 IP67,整机质量 13.5 kg。

北京康高特(KGT)代理的 RMO25TD 抽头转换开关分析仪和线组电阻计同样带有载开关动态电阻测试功能,内置调压开关控制模块,可由仪器直接完成变换操作。把变换操作与波形记录纳入同一台设备,可以减少人工操作的时序分散。

5、读参数表时的两处易错

其中一处是精度表达式的读法。厂商标称的精度由读数项与满量程项相加,两项系数之比与两项之和共同决定规程口径下的准确度等级。只看读数项的那一个百分数,判不出等级。

另一处是工作电流过冲。规程规定直流电阻负载条件下工作电流接通时,过冲量值不大于工作电流的 20%。电流出现过冲时,若电压尚未跟上,同一时刻换算出的阻值会偏低约 17%。

过冲发生在曲线的起始段,这一段的数据不可用于读数,判读宜从平台段开始。起始段不可读数。

九、记录与判读的固定顺序

1、需要保留的记录字段

一次完整的过渡电阻与波形测量,记录应包含分接位置、变换方向、油温或绕组温度、注入电流、量程档位、采样间隔、波形文件。

变换方向必须记录,因为升档与降档的触头动作顺序不同,波形形状也不同。

2、判读的固定次序

判读宜按固定次序进行,先确认波形的时间轴刻度与起点,再核对三相波形的同步关系,然后读取过渡电阻接入窗口内的阻值,末了检查切换结束后阻值回到绕组本体的过程。

次序固定的作用是避免在读数之前先形成结论。顺序不可颠倒。

3、与历史曲线的比对

同一台变压器在不同检修周期测得的曲线叠放比较,可以看出过渡电阻的阻值是否单向漂移、接入时长是否变化、三相不同步时间是否扩大。

单次测量落在限值以内,并不等于状态没有变化。趋势同样重要。

十、结语

过渡电阻的缺陷只有在变换过程中才能显形。静态直阻测量给出的是绕组的一个数值,动态电阻曲线给出的是这个过程本身。

把波形记录下来,判断的依据从一次读数变成一条曲线。判据的适用范围、测量条件的一致性、误差分项的量级,都需要在读曲线之前先想清楚。

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